Tipik bir atomun, merkezindeki çekirdekten 100.000 kat daha büyük olduğunu hatırlayın. Atomların içinde neden böylesine fantastik boyutta bir boşluk olduğunu anlamak, Heisenberg belirsizlik ilkesi hakkında birazcık daha net olmamızı gerektiriyor. Kesin bir şekilde ortaya koyacak olursak, Heisenberg belirsizlik ilkesi bir parçacığın aynı anda hem konum hem de (yalnızca hızından ziyade) momentumunun yüzde 100 kesinlikle bilinemeyeceğini söylemektedir.
Bir parçacığın momentumu, kütle ve hızının çarpımıdır. Aslına bakacak olursanız, momentum yalnızca, hareket halinde olan bir şeyi durdurmanın ne denli güç olduğunun bir ölçütü olarak düşünülebilir. Örneğin trenin, otomobile nazaran (otomobil çok daha hızlı yol alıyor olsa bile) çok daha fazla momentumu vardır. Atom çekirdeği içindeki bir proton da, bir elektrona göre 2000 kat daha fazla kütleye sahiptir. O halde, Heisenberg belirsizlik ilkesine göre, bir proton ve elektron aynı hacme sahip bir boşluğa kapatılacak olursa, elektron 2000 kat daha hızlı hareket edecektir.
Şimdiden, atom içindeki elektronların, proton ve nötronlardan çok daha büyük bir hacimde dolaşıyor olması gerektiğini sezebiliyoruz. Fakat atomlar çekirdeklerinden 2000 kat değil, 100.000 kat daha büyüktür. Neden?
Cevap, atom içindeki elektron ve çekirdek içindeki protonun aynı kuvvetin hükmü altında olmamasıdır. Çekirdek içi parçacıklar nükleer kuvvet tarafından tutulurken, elektronlar daha zayıf olan elektrik kuvveti tarafından tutulmaktadır. Çekirdek etrafında dolanan elektronların incecik lastiklerle bağlı olduklarını, proton ve nötronların ise elli kat daha kalın bir bant tarafından kısıtlandığını düşünün. İşte size atomun neden çekirdekten 100.000 kat daha büyük olduğunun açıklaması.
Fakat atom içindeki elektronlar çekirdek etrafında tek bir yörünge izlemez; farklı mesafelerde birçok yörünge izlemelerine müsaade edilir. Bunu açıklamak için başka bir dalga olayına müracaat edeceğiz. Bu defa kilise orglarına bakacağız!
Güneş, protonları birbirine kenetleyerek, yani hidrojen çekirdeklerini füzyonla helyuma dönüştürerek ısı üretir. Bu füzyon sürecinin yan ürünü olan nükleer enerji güneşten ayrılarak dünyamıza ışık sağlar. Ancak hidrojen füzyonunda bir problem söz konusu.
Protonları birbirine kenetleyen çekim gücü, yani yüksek nükleer güç ancak çok kısa bir mesafede etkilidir. Bu nedenle, güneşteki iki protonun bu çekim gücünün etkisi altına girerek birleşmesi için, birbirlerine çok yakın geçmeleri gerekmektedir. Ancak yakınlaşan iki proton, aynı elektrik yüküne sahip olduklarından dolayı, birbirlerini insafsızca itecektir. Bu şiddetli itmenin üstesinden gelinebilmesi için, protonların muazzam bir hızla çarpışması gerekir. Pratikte bunun gerçekleşebilmesi için ise nükleer füzyonun sürmekte olduğu güneş çekirdeğinin aşırı yüksek sıcaklıkta olması gerekir.
Göreliliğin keşfedilmesinden uzun zaman önce, bilim iki temel ilke keşfetmişti; enerjinin korunumu ve kütle korunumu. Bunların ilki 17. yüzyılda Leibniz tarafından ayrıntılı olarak incelenmiş ve ardından 19. yüzyılda bir mekanik ilkesinin doğal sonucu olarak geliştirilmişti. Çok daha önceleri, ilk insanlar, sürtme yardımıyla ateş yaktıklarında ve böylelikle de verili bir enerji miktarını (iş) ısıya dönüştürdüklerinde, işin ve ısının eşdeğerliliği ilkesini pratik olarak keşfetmişlerdi. Bu yüzyılın başlarında, kütlenin enerji biçimlerinden sadece biri olduğu keşfedilmişti. Bir madde parçacığı oldukça yüksek düzeyde yoğunlaşmış ve lokalize olmuş enerjiden başka bir şey değildir. Bir parçacıkta yoğunlaşan enerji miktarı onun kütlesiyle orantılıdır ve toplam enerji miktarı her zaman sabit kalır. Bir çeşit enerjinin kaybı, bir başka çeşit enerjinin kazanılmasıyla telâfi edilir. Enerji sürekli olarak biçimini değiştirirken yine de her zaman aynı kalır.
Einstein, bizzat kütlenin şaşılacak miktarda bir enerji barındırdığını kanıtlamakla bir devrim gerçekleştirmişti. Kütle ve enerjinin eşdeğerliği E = mc2 formülüyle ifade edilir, burada m kütle, c ışık hızı (yaklaşık olarak saniyede 300.000 km) ve E de durgun cismin barındırdığı enerjidir. m kütlesinde içerilen enerji, ışığın muazzam hızının karesiyle bu kütlenin çarpımına eşittir. Kütle bu nedenle enerjinin oldukça yoğunlaşmış bir biçimidir, bu enerjinin gücü hakkında şu gerçek bizlere bir fikir verebilir; bir atom bombasının patlamasıyla açığa çıkan enerji, enerjiye dönüşen kütlenin binde birinden daha azdır. Normalde, madde içinde hapsolmuş bu muazzam enerji kendini dışa vurmaz ve bu nedenle de göze çarpmaz. Ama atom çekirdeğinin içindeki süreçler belli bir kritik noktaya ulaşırsa, bu enerjinin bir kısmı, kinetik enerji olarak dışarı salınır. Devamını oku “Maddenin Yok Oluşu mu?”→
Kutupluluk doğanın her yanına nüfuz etmiş bir özelliktir. Sadece dünyanın kuzey ve güney kutupları olarak mevcut değildir. Aynı zamanda, çekirdeklerin bir değil iki manyetik kutbu varmış gibi davrandıkları atomaltı düzeyde de mevcuttur. Diyalektik, doğa tecrübemizin sonucu olarak kanıtlamıştır ki, genelde tüm kutupsal karşıtlar, karşıt kutupların birbirleri üzerine karşılıklı eylemiyle belirlenirler, bu kutupların ayrışması ve karşıtlığı, ancak bunların karşılıklı bağlantı ve birliğiyle varolur, ve tersinden, bunların birliği ancak bunların ayrışmasında varolur ve karşılıklı bağlantıları da ancak karşıtlıklarında varolur. Bu bir kez saptandı mı, itme ve çekmenin sonuçta birbirini götürmesi, ya da hareketin bir biçiminin bir yarıya ve diğer biçiminin diğer yarıya bölünmesi gibi bir sorun olamaz, dolayısıyla iki kutbun karşılıklı olarak iç içe geçmesi ya da mutlak ayrışması gibi bir sorun da olamaz. Bu, ilk durumda mıknatısın kuzey ve güney kutuplarının karşılıklı olarak birbirlerini götürmelerini istemekle, ya da ikinci durumda mıknatısı iki kutup arasında ortadan bölmenin, bir tarafta güney kutbu olmayan kuzey bir yarım ve diğer tarafta da kuzey kutbu olmayan güney bir yarım doğurmasını istemekle eşit olur.
İnsanların mutlak ve değişmez karşıtlar olarak gördüğü bazı şeyler vardır. Örneğin, aşırı bağdaşmazlık kavramını anlatmak istediğimizde “karşıt kutuplar” terimini kullanırız: kuzey ve güney mutlak olarak sabitlenmiş ve karşıt olgular olarak görülürler. Gemiciler bin yıldan fazladır kaderlerini, onlara bilinmeyen denizlerde kılavuzluk eden ve her zaman kuzey kutbu denen esrarlı şeyi gösteren pusulaya teslim etmektedirler. Oysa daha yakından bir analiz, kuzey kutbunun ne sabit ne de kararlı olmadığını göstermektedir. Dünya, kendi merkezinde, yer eksenine paralel olarak uzanan adeta dev bir mıknatıs varmışçasına güçlü bir manyetik alanla (jeosantrik bir eksen dipolü) sarılmıştır. Bu, dünyanın merkezinin esasen demirden oluşan metalik bileşimiyle ilişkilidir. Güneş sisteminin oluşumundan bu yana geçen 4,6 milyar yılda, dünyadaki kayalar defalarca oluştular ve yeniden oluştular. Ve sadece kayalar değil, her şey. Devamını oku “Karşıt Kutuplar”→
Bu bölümde, fiziğin sahip olduğumuz en temel ilkelerini, nesnelerin doğasını şu anda nasıl gördüğümüzü inceleyeceğiz. Bütün bu fikirlerin doğrulanmalarının tarihine girmeyeceğiz, bunu zaman geçtikçe öğreneceksiniz.
Bilimsel olarak ulaştığımız şeyler sayısız şekilde ve nitelikte karşımıza çıkarlar. Örneğin, kıyıda durup denize baktığımızda suyu, dalgaları, köpükleri, çalkantıları, suyun sesini, havayı, rüzgârı ve bulutları, güneşi ve mavi gökyüzünü ve ışığı görürüz. Çeşitli renk, görünüm, sertlik ve dayanıklılıkta kum ve taşlar vardır. Belki mutluluk ve düşünme bile vardır. Doğadaki herhangi bir diğer görünüş de benzer çeşitlilikte nesneler ve etkiler barındırır. Nerede bulunursa bulunsun her zaman bunun kadar karmaşıktır. Merak, soru sormamızı sağlar; böylece öğrendiklerimizi bir araya getirir ve çeşitli yönlerden kazanılmış bilgiyi anlayamaya çalışırız. Nispeten az sayıda doğal nesnelerden ve etkiyen kuvvetlerden sonsuz türde birleşimler oluşabilmesi sonucuna vardığımız gibi.
Örnek olarak: Kum, kayadan farklı bir madde midir? Belki de kum, çok büyük miktarda minik kayadan başka bir şey değildir! Ay büyük bir kaya parçası mıdır? Kayaları anlarsak kumu ve ayı da anlamış olur muyuz? Rüzgâr, denizdeki suyun çalkantısı gibi havada oluşan bir çalkantı mıdır? Farklı hareketlerin ortak özellikleri nelerdir? Değişik türlerdeki seslerde ortak olan nedir? Kaç farklı renk vardır? Ve sorular böyle devam eder. Bu yolla her şeyi basamak basamak çözümleriz, başta farklı görünenleri toplar, farklı olanların sayısını indirmeyi umar ve sonuçta onları anlamaya çalışırız. Devamını oku “Temel Fizik – Feynman”→